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水和物スラリー蓄熱装置、水和物スラリーの蓄熱方法、及び水和物蓄熱式空気調和システム

国内特許コード P150011713
掲載日 2015年3月30日
出願番号 特願2013-124923
公開番号 特開2014-037960
出願日 平成25年6月13日(2013.6.13)
公開日 平成26年2月27日(2014.2.27)
優先権データ
  • 201210287435.X (2012.8.13) CN
発明者
  • 張 鵬
  • 石 新傑
  • 馬 志偉
  • 古井 秀治
出願人
  • 上海交通大学
  • ダイキン工業株式会社
発明の名称 水和物スラリー蓄熱装置、水和物スラリーの蓄熱方法、及び水和物蓄熱式空気調和システム
発明の概要 【課題】蓄熱槽内の蓄熱密度を確保しつつ、配管内の圧損の上昇や、配管の詰まりを回避する。
【解決手段】蓄熱槽100の上部には蓄熱熱交換器にTBAB水和物水溶液を輸送する第1輸送配管101aが連結され、蓄熱槽100の下部には蓄熱熱交換器で生成されたTBAB水和物スラリーを輸送する第2輸送配管101bが連結されている。制御部500により供給ポンプ102の流量を制御し、蓄熱槽100の下部にTBAB水和物スラリーの固相率が40%~60%の範囲である潜熱密度の高いスラリー層を蓄積し、蓄熱槽100の上部に固相率が15%以下である流動性の高いTBAB水和物スラリー層を形成する。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要



従来より、深夜電力を利用して夜間に蓄熱材を生成して冷熱を蓄える蓄冷運転と、この蓄熱材に蓄えられた冷熱を昼間の冷房に利用する冷熱利用冷房運転とを切り換えることが可能な冷媒回路を有する蓄熱式空気調和システムが使用されている。このような蓄熱式空気調和システムでは、圧縮機と熱源側熱交換器とを有する熱源ユニットと、利用側熱交換器を有する利用ユニットとが、蓄熱材製造装置を介して接続されている。また、蓄熱材製造装置は、蓄熱材を溜める蓄熱槽と、蓄熱槽内の蓄熱材と冷媒とを熱交換させる蓄熱熱交換器とを有する。





このような蓄熱式空気調和システムとして、蓄熱材として水または氷を使用し、夜間における電力を利用して冷水、また氷を蓄え,この冷水、氷によって昼間における冷房等を行うようにする水蓄熱空気調和システムと、氷蓄熱空気調和システムがある。





しかし、水蓄熱の場合、水の顕熱密度は4.2kJ/kg・Kであり、比較的に低いため、所定の蓄熱量を得るためには、蓄熱材製造装置の容量が大型化し、蓄熱材の循環量を増大させるしかない。





また、氷蓄熱の場合、氷-水の潜熱を利用することができるため、水の顕熱を利用する水蓄熱の場合に比べて蓄熱材製造装置の容量を小さくすることができる。しかし、氷蓄熱システムでは、製氷のために運転温度を低く設定する必要があり、システム全体の成績係数が低下する。また、固体である氷はそのままシステム内で輸送できないため、最終的には低温冷水の顕熱に変化させて冷熱を使用するしかない。





そこで、蓄熱材として氷より高い温度で生成でき、蓄熱密度の高い臭化テトラn-ブチルアンモニウム(TBAB)の水和物スラリーを利用する蓄熱装置が知られている。TBAB水和物は、固液二相のスラリーであるため、固液二相流の輸送装置における固相の割合が多くなると、配管の分岐部等で閉塞しやすくなる。そこで、固液二相流輸送経路において、固相により閉塞される恐れのある個所の上流側に気体吹き込み装置を設置し、固相割合の高い固液二相流を輸送してエネルギーの輸送密度を上げる輸送方法が提案されている(特許文献1参照)。

産業上の利用分野



本発明は、水和物スラリーの蓄熱方法、水和物スラリー蓄熱装置に関する。また、蓄熱槽内に水和物を生成して冷熱を蓄える蓄冷運転と蓄熱槽内の水和物の冷熱を利用する冷熱利用冷房運転とを切り換えることが可能な水和物蓄熱式空気調和システムに関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
水和物スラリー蓄熱装置であって、
臭化テトラn-ブチルアンモニウム水和物を溜める蓄熱槽と、冷媒回路を有する冷熱源と、蓄熱熱交換器と、第1配送管と、第2配送管と、を備え、
前記第1配送管の一端は前記蓄熱層の上部に連結され、他端は前記蓄熱熱交換器に連結され、
前記第2配送管の一端は前記蓄熱層の下部に連結され、他端は前記蓄熱熱交換器に連結され、
前記第1輸送配管には、前記蓄熱槽の上部から前記蓄熱熱交換器に水和物水溶液を輸送する輸送ポンプが設けられ、
前記第2輸送配管は、前記蓄熱熱交換器から前記蓄熱槽の下部に水和物スラリーを輸送する、
水和物スラリー蓄熱装置。

【請求項2】
前記蓄熱槽内の水和物の固相率を検知する固相率検知部と、
前記固相率検知部及び前記輸送ポンプと電気連結されている制御部と、をさらに備え、
前記制御部は前記固相率検知部の検知結果に基づいて前記輸送ポンプの流量を制御して水和物スラリーの固相率を制御する、
請求項1に記載の水和物スラリー蓄熱装置。

【請求項3】
前記第2配管は、前記蓄熱槽の底面からの高さが0~50%離れた位置に配置されている、
請求項1または2に記載の水和物スラリー蓄熱装置。

【請求項4】
前記固相率検知部は少なくとも二つであり、そのうち、前記第1固相率検知部は前記蓄熱層において前記第1配送管の高さに対応する位置に設置され、前記第2固相率検知部は前記蓄熱層において前記第2配送管の高さに対応する位置に設置されている、
請求項2に記載の水和物スラリー蓄熱装置。

【請求項5】
蓄熱槽の上部から臭化テトラn-ブチルアンモニウムを含有する水和物水溶液を取り出し、蓄熱熱交換器に輸送し、蓄熱熱交換器において冷熱源からの冷媒と蓄熱槽からの臭化テトラn-ブチルアンモニウム溶液または水和物スラリーとの間で熱交換が行われ、水和物水溶液を冷却させて水和物スラリーを製造し、
前記蓄熱熱交換器から排出された水和物スラリーを前記蓄熱槽の下部に輸送し、
前記蓄熱槽の上部に固相率が15%以下の第1スラリー層を生成させ、前記蓄熱槽の下部に固相率が40%以上の第2スラリー層を蓄積させる、
水和物スラリーの蓄熱方法。

【請求項6】
前記蓄熱槽と前記蓄熱熱交換器との間の水和物輸送配管における水和物の流量を制御し、水和物の流量を前記蓄熱槽における水和物が自然沈降するに必要な流量になるように制御する、
請求項5に記載の水和物スラリーの蓄熱方法。

【請求項7】
請求項1~4のいずれか1項に記載の水和物スラリー蓄熱装置と、
臭化テトラn-ブチルアンモニウム水和物を溜める蓄熱槽と、
冷媒を圧縮する圧縮機と、少なくとも冷媒の凝縮器として機能する熱源側熱交換器と、冷媒を減圧する第1及び第2膨張機構と、少なくとも冷媒の蒸発器として機能する利用側熱交換器と、を含む冷媒回路と、
を備えた、水和物蓄熱式空気調和システム。

【請求項8】
前記空調システムは、前記圧縮機から吐出される冷媒を前記熱源側熱交換器において凝縮させて前記第1膨張機構によって減圧した後に前記蓄熱熱交換器において蒸発させることによって前記蓄熱槽内に水和物スラリーを生成して冷熱を蓄える蓄熱運転と、前記圧縮機から吐出される冷媒を前記熱源側熱交換器において凝縮させてさらに前記蓄熱熱交換器において冷却して前記第2膨張機構によって減圧した後に前記利用側熱交換器において蒸発させることによって前記蓄熱槽内の水和物を融解して冷熱を利用する蓄熱利用冷房運転と、通常の冷暖房運転と、の三種類の運転状態を実現することができ、且つ前記三種類の運転状態を切り換えることができる、
請求項7に記載の水和物蓄熱式空気調和システム。

【請求項9】
前記冷媒回路は、前記冷媒回路の冷却循環方向を変更することにより、暖房用蓄熱運転と、蓄熱利用デフロスト運転と、通常の暖房運転の三種類の運転状態を切り換えることができる、
請求項8に記載の水和物蓄熱式空気調和システム。

【請求項10】
前記蓄熱利用冷房運転時において、前記蓄熱槽の上部から前記蓄熱熱交換器に水和物水溶液を輸送し、前記蓄熱熱交換器から前記蓄熱槽の下部に水和物スラリーを輸送する、
請求項8に記載の水和物蓄熱式空気調和システム。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2013124923thum.jpg
出願権利状態 公開
分野
  • 機械工学;照明;加熱;武器;爆破
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